Wat is CPU-cache en waarom is het belangrijk?

De hoeveelheid cachegeheugen die een CPU heeft, is een vaak over het hoofd gezien getal op het specificatieblad, maar CPU-cache is ongelooflijk belangrijk voor de algehele CPU-prestaties. Als je nog nooit eerder aandacht hebt besteed aan CPU-cache, lees dit dan voordat je een nieuwe aanschaft.

Wat is een CPU-cache?

Een CPU-cache is een klein, snel geheugengebied dat is ingebouwd in een CPU (Central Processing Unit) of zich op de chip van de processor bevindt. De CPU-cache slaat veelgebruikte gegevens en instructies op uit het hoofdgeheugen om het aantal keren dat de CPU voor deze informatie toegang heeft tot het hoofdgeheugen te verminderen. Dit kan de systeemprestaties aanzienlijk verbeteren, aangezien toegang tot gegevens uit de CPU-cache veel sneller is dan toegang tot gegevens uit het hoofdgeheugen.

Wat betekenen de niveaus van CPU-cache (L1, L2, L3)?

De “niveaus” van CPU-cache verwijzen naar de hiërarchie van cachegeheugen dat in een CPU is ingebouwd. De meeste moderne CPU’s hebben meerdere cacheniveaus, waarbij elk niveau een grotere capaciteit en een langzamere toegangstijd heeft dan het onderliggende niveau. De niveaus zijn doorgaans genummerd, waarbij niveau 1 (L1) het kleinste en snelste cacheniveau is en niveau 3 (L3) het grootste en langzaamste cacheniveau.

Deze hiërarchie bestaat om een ​​balans te bieden tussen snelheid en capaciteit. De L1-cache is de snelste en wordt gebruikt om de meest gebruikte gegevens en instructies op te slaan, terwijl de L3-cache de grootste is en minder vaak gebruikte gegevens en instructies bevat.

Welke software profiteert het meest van een grote cache?

Software die veel repetitieve taken uitvoert of snelle toegang tot grote hoeveelheden gegevens vereist, kan baat hebben bij een grotere cache. Dit kan de prestaties van de software verbeteren en de tijd verkorten die nodig is om deze taken uit te voeren.

Enkele voorbeelden van software die baat heeft bij grotere cachegroottes zijn:

• Databasebeheersystemen voeren vaak veel repetitieve zoekopdrachten uit en vereisen snelle toegang tot grote hoeveelheden gegevens die zijn opgeslagen in databases.

• Videobewerkingssoftware, die mogelijk snel toegang moet hebben tot grote hoeveelheden video- en audiogegevens om real-time bewerking en weergave uit te voeren.

• Beeld- en videoverwerkingssoftware kan veel wiskundige bewerkingen uitvoeren op grote hoeveelheden gegevens om afbeeldingen en video’s te verwerken en te manipuleren.
• Software voor financiële analyse, die mogelijk snel toegang moet hebben tot grote hoeveelheden financiële gegevens en deze moet analyseren om complexe berekeningen uit te voeren en rapporten te genereren.

Dit zijn slechts enkele voorbeelden van software die baat kan hebben bij een grotere cache, maar er kunnen ook veel andere soorten software van toepassing zijn.

Videogames kunnen ook aanzienlijk profiteren van een grote cache. Je kunt dit zien aan de spelprestaties van de AMD 5800X3D, die een sterke boost geeft aan CPU-zware games.

Hoe werkt cache in een multi-core CPU?

In een multi-core CPU heeft elke kern zijn eigen cachegeheugen. Hierdoor kan elke kern veelgebruikte gegevens en instructies onafhankelijk opslaan en openen zonder toegang te krijgen tot het hoofdgeheugen of de cache van een andere kern. Dit kan de prestaties van de CPU verbeteren door de tijd te verkorten die elke kern besteedt aan het wachten op gegevens en instructies van het hoofdgeheugen of andere kernen, waardoor de CPU meer taken tegelijk kan uitvoeren en de algehele snelheid en responsiviteit kan verbeteren.

VERWANTHoeveel CPU-kernen heb je echt nodig om te gamen?

Het is echter belangrijk op te merken dat het cachegeheugen in een multi-core CPU doorgaans niet wordt gedeeld tussen kernen. Dit betekent dat elke core alleen toegang heeft tot zijn cache en niet tot de cache van andere cores. Deze beperking kan de prestaties van de CPU beïnvloeden als een of meer kernen sterk afhankelijk zijn van gegevens en instructies die alleen beschikbaar zijn in de cache van een andere kern. De prestaties van de CPU kunnen in dat geval worden beperkt door de grootte van de cache van de afzonderlijke cores in plaats van de totale grootte van de cache over alle cores.

Sommige multi-core CPU’s hebben gedeelde cache, een cachegeheugengebied dat toegankelijk is voor alle cores in de CPU. Deze cache is echter meestal veel langzamer dan L1-cache in een specifieke kern. Het gebruik van gedeelde cache kan ook zorgen voor extra complexiteit en overhead in het CPU-ontwerp.

Is meer cache de moeite waard?

Als je op dit moment op zoek bent naar een nieuwe CPU, kan het prijsverschil tussen twee verder vergelijkbare chips, waarvan er één meer cache heeft, verrassend zijn. De hoeveelheid geheugen lijkt zo klein, maar het is duur! De kosten komen voort uit het proppen van zo’n klein, snel geheugengebied in de processorchip. Dus is het de moeite waard om naar meer cache te springen als verkoopargument voor je volgende CPU?

Zoals altijd, wat er echt toe doet, is hoe goed een bepaalde CPU presteert in de apps of games die u wilt gebruiken. Als uw favoriete softwarepakketten of games een aanzienlijke boost krijgen door grotere cachetoewijzingen, is het logisch om geld uit te geven aan CPU’s met meer cache. Met andere woorden, maak je geen zorgen over de specificaties op papier. Zoek in plaats daarvan benchmarks op voor uw beoogde software en kijk of een CPU met meer cache (al het andere gelijk is) echt verschil maakt.

CPU-ontwerpers zijn over het algemeen redelijk goed in het geven van de juiste hoeveelheid cache aan een processor voor het beoogde gebruik. Dus als een CPU op de markt wordt gebracht voor gaming of videobewerking, of voor gebruik in servers, heeft deze meestal een cacheconfiguratie die goed werkt voor die taken.